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镀膜工艺与镀膜系统配置——光学性能

放大字体  缩小字体 发布日期:2013-03-16  作者:kanoason  浏览次数:860
核心提示:II.光学性能 -公差三角形 要想保证镀膜产品的一致性,我们在开发镀膜系统时一定要确保系统的各个方面相互匹配,这不仅包括设

II.光学性能 -公差三角形

要想保证镀膜产品的一致性,我们在开发镀膜系统时一定要确保系统的各个方面相互匹配,这不仅包括设计、工艺和机械、预期的性能指标,还要考虑制造过程中出现的可预见误差。我们认为:既然镀膜设备是为镀膜生产服务的,那么我们设计制造的镀膜系统就必须适应用户的生产工艺,而不是让用户改变生产工艺来适应我们的镀膜机。但遗憾的是,现在使用的许多镀膜系统都是后一种情况,例如,有些生产线上正在使用的是为其它应用而设计的镀膜机,甚至有些时候是厂家先制造出镀膜机然后再去寻找应用客户。不管是何种情况,这样制造出的镀膜机都可能无法完全达到预期的功效,因而很难取得满意的结果。涉及到真空室的选择和确定,我们认为有以下三个方面需要考虑,而这些问题又都是与系统的制造公差有关。

输入 - 设计

镀膜机的设计如同一道菜谱,它规定出了膜层结构、厚度和折射率等指标。如果将以上设计指标严格复制到工艺/设备中,那么标准的输出结果就会达到预期的性能要求。

工艺 - 设备

在我们看来,工艺和设备也可以统称为按照设计输入实施标准输出功能的一个黑匣子。实际上,工艺包括设备硬件,控制软件和一组使机器实现设计要求的指令。在工艺/设备中存在着许多变量,而其中有些不可能被完全控制。这些不可完全控制的变量提高了系统的制造公差,降低了控制膜层厚度的能力,造成标准输出相对于设计的偏差。

输出 - 标准性能

归根到底标准性能输出才是真正最重要的。为了保证工艺的持久力,标准输出应在大多数时间内达到预期效果,即满足用户对薄膜光学性能和耐久性的具体要求。我们必须认识到以上三个因素是相互依存的,孤立地看待其中任何一个方面都是不对的,这一点非常重要。如果一个系统的设计和工艺/设备配合良好,那么不管制造公差如何,它都应该总是达到预期性能。然而,如果三个因素中的任何一方发生变化,就必须同时考虑调整其他另两个因素来保证整个系统的协调。例如,对系统工艺的升级会产生制造公差,而且系统越大产生的制造公差也就越大,这就需要改进设计或降低预期性能指标。又比如,用户想提高预期产品性能而只是简单地改进了设计,从表面上看用户的目的好像已经达到了,但如果新的设计对膜的厚度很敏感,除非改变工艺来降低制造公差,否则产品不太可能长期达到新设的产品性能要求。

我们在评估工艺公差时必须考虑如下一些因素:

厚度监控: 设计中每一层膜厚的精度都受到控制仪器本身精度的限制,一般我们讲的控制仪器是石英晶体微量天平(QCM)或光学监控仪,或两者同时使用。石英晶体微量天平的精确度大约是2%,而一个设计良好的光学监控仪,精度能达到千分量级。

膜厚的不均匀性:无论监控仪精度怎样,它也只能控制真空室里单点位置的膜厚,一般来讲是工件架的中间位置。如果此位置的膜厚不是绝对均匀的,那么远离中心位置的基片就无法得到均匀的厚度。虽然屏蔽罩能消除表现为长期的不均匀性,但有些膜厚度的变化是由蒸发源的不稳定或膜材的不同表现而引起的,所以几乎是不可能消除的,但对真空室的结构和蒸发源的恰当选择可以使这些影响最小化。

时间变量:真空室里的沉积条件随着时间发生改变是常见的现象。在一轮运行过中,蒸发源的特性会随着膜材的消耗而改变,尤其是设计中涉及多层镀膜时,如果工艺过程需持续数个小时,真空室的热梯度也会上升。同时,当真空室内壁发生沉积变脏时,不同轮次的工效逐渐产生差异。这些因素虽然是渐进的并可以进行补偿,但依然应该将其视为系统公差的一部分。

湿度转换:薄膜一般多孔,使得它们的属性在诸多方面低于块状材料。其中一点就是在潮湿条件下,薄膜的微观空间充满水蒸汽,而在相对湿度降低时变干。水分的存在与否改变了

薄膜的有效折射指标,产生了众所周知的湿度转换现象,即薄膜的光谱改性。沉积条件对镀膜的多孔性具有很大的影响:人们早就通过基片的高温(~300℃)来增加薄膜的密度。而近年来,离子束辅助沉积(IBAD)法也被用来在环境温度下提高基片的密度。显然,对设备/工艺因素的考虑不应仅仅停留在部件基本功能的水平。在考虑基材的基本成分之外,还应考虑工艺设计上的元素。对每一部件的选择都应首先仔细评估其对制造误差和工艺控制的影响。

 
 
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